【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及井下信号传输，尤其涉及一种基于ra码的电磁波信号传输信道极化编解码方法。
技术介绍
1、按信息传输介质的不同，油气井下信号传输的方式主要有泥浆脉冲、电磁波、声波、智能钻杆，其中应用较多且技术相对成熟的是泥浆脉冲和电磁波。电磁波无线传输目前已经在多个方面井下了应用，比如随钻测量系统emwd(electromagneticmeasurementwhiledrilling，em-mwd)，它利用电磁波传输井下信号到地面，弥补了常规随钻测量信号(比如泥浆脉冲)传输设备的不足，是气体钻井和欠平衡钻井中不可或缺的配套技术；另外油气生产期间的井下动态监测，它利用电磁波实时获取井下生产动态数据，用于优化生产制度等，提高产量。
2、油气井下电磁波信号传输系统一般采用的结构是将位于井下的管柱分割为互相绝缘的两个部分，作为一对非对称偶极子天线，通过激励地层中的钻杆产生低频电流，形成电磁场信号，透过地层传输，地表接收装置采用测地电位方法接收信号。电磁波信号具有很高的信息传输速率，测量速度快且成本低，同时不受井筒中介质影响，能够在地层、管柱、泥浆等介质中传输，不需要泥浆作为信号的载体，避免了传统信号传输方式依赖井筒工作液和泵的动力，数据传输能力较强，对于井筒钻完井和油气生产作业有更好的适应性。
3、目前，电磁波信号从井底传输至地面的过程中受到干扰严重。经过地层的衰减以及受施工现场影响，井口附近工频干扰信号、自然电位信号等加性干扰源的影响，使得到达地面的信号微弱。接收到的信号衰减十分严重，经数据接收仪器，极易发生误码，
4、但是，出于技术保密考虑，国外商业产品和国内样机均鲜有报道油气井下电磁波信号传输信道编码方法，一些关键技术无法掌握。在油气井筒电磁波信号传输系统应用中，结合信道编码技术，如何降低信号的衰减，准确有效的提取微弱接收信号，是油气井下电磁波信号传输系统的难点之一。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于针对上述电磁波信号传输系统的技术难点，采用级联编码的方法，其中ra码作为外码，极化码作为内码，提出一种基于ra码的电磁波信号传输信道极化编解码方法，有效降低误码率。
2、实现上述目的所采用的技术方案如下：
3、基于ra码的电磁波信号传输信道极化编解码方法，包括以下步骤：
4、s1，对目标数据序列c进行ra码编码处理，得到ra码的码组cr；
5、s2，对码组cr进行polar码编码处理，得到序列cp；
6、s3，对序列cp进行bpsk调制处理，获得序列h，序列h依次经过发射天线、传输信道和接收天线传输至地面接收仪器；
7、s4，地面接收仪器对接收到的序列h进行预处理，以将信息放大得到序列c′p；其中，预处理表达式为c′p＝-2h；
8、s5，采用scl译码算法对序列c′p进行极化码解码处理，得到ra码的序列c′r；
9、s6，基于bp迭代译码算法对序列c′r进行ra码解码处理，得到传输数据序列c′。
10、优选的，所述步骤s1中，对目标数据序列c进行ra码编码处理包括以下步骤：
11、s11，目标数据序列c＝[c1，c2，......，cn]中n位序列成员经重复器重复q次，得到qn位的重复序列记为e＝[e1，e2，......，eqn]；
12、s12，将重复序列e通过qn位交织器进行随机交织，得到交织序列b＝[b1，b2，......，bqn]；
13、s13，将交织序列b输入到合并器进行合并，得到合并序列d＝[d1，d2，......，dqn/a]；其中，a表示每a位进行模2，即合并器的个数；
14、s14，将合并序列d输入到累加器进行累加，得到累加序列m＝[m1，m2，……，mqn/a]；
15、s15，将累加器的输出定义为所需ra码编码后的序列，即有
16、优选的，所述步骤s13中，将交织序列b中每一位序列成员输入到合并器进行合并的过程中，合并器的输出表示为：
17、优选的，所述步骤s14中，将合并序列d中每一位序列成员输入到累加器进行累加的过程中，累加器的输出表示为：
18、
19、优选的，所述步骤s2中，对码组cr进行polar码编码处理包括以下步骤：
20、s21，对传输信道进行信道联合及分裂操作，得到n个极化子信道；
21、s22，然后采用高斯近似法对极化子信道进行可靠性度量；
22、s23，根据可靠性度量结果对n个极化子信道进行排序，将前k＝qn/a个极化子信道用于传输信息比特，将剩余的n-k个极化子信道用于传输冻结比特；
23、s24，构造生成矩阵其中，bn表示比特混合重排序矩阵，用来实现比特反序排列；表示基础矩阵的δ次克罗内克积，δ＝log2n；
24、s25，建立极化码的编码公式xn＝ungn，基于编码公式完成极化码编码；其中，un表示将信息比特和冻结比特进行混合后的混合比特序列，xn表示编码后生成的极化码序列，令所述序列cp＝xn。
25、优选的，所述步骤s24中，比特混合重排序矩阵bn的递归关系式表示为其中，n为2的幂次方，b1初始为0和1构成的随机向量；rn表示单位矩阵in经过列变换获得的奇偶序列置换矩阵，记in＝[i1，i2，i3，…，if，…，in]，则rn＝[i1，i3，i5，…，in-1，i2，i4，i6，…，in]；if表示单位矩阵in的第f个单位列向量，列向量中第f个元素为1，其余元素为0；i2＝[i1，i2]。
26、优选的，所述步骤s25中，基于编码公式完成极化码编码包括以下步骤：
27、s251，基于n个极化子信道构成信道索引集合an＝{1，2，......，n}；
28、s252，基于k个用于传输信息比特序列的极化子信道，从信道索引集合an中提取出子集a，以作为k个传输信息比特序列的极化子信道的信道索引集合；
29、s253，将信道索引集合an中剩余的n-k个集合成员构成子集a的补集ac，即补集ac为n-k传输冻结比特序列的极化子信道的信道索引集合；
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1.基于RA码的电磁波信号传输信道极化编解码方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于RA码的电磁波信号传输信道极化编解码方法，其特征在于，所述步骤S1中，对目标数据序列C进行RA码编码处理包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的基于RA码的电磁波信号传输信道极化编解码方法，其特征在于，所述步骤S13中，将交织序列B中每一位序列成员输入到合并器进行合并的过程中，合并器的输出表示为：
4.根据权利要求2所述的基于RA码的电磁波信号传输信道极化编解码方法，其特征在于，所述步骤S14中，将合并序列D中每一位序列成员输入到累加器进行累加的过程中，累加器的输出表示为：
5.根据权利要求2所述的基于RA码的电磁波信号传输信道极化编解码方法，其特征在于，所述步骤S2中，对码组CR进行Polar码编码处理包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述基于RA码的电磁波信号传输信道极化编解码方法，其特征在于，所述步骤S24中，比特混合重排序矩阵BN的递归关系式表示为其中，N为2的幂次方，B1初始为0和1构成的随机向量；RN表示
7.根据权利要求6所述基于RA码的电磁波信号传输信道极化编解码方法，其特征在于，所述步骤S25中，基于编码公式完成极化码编码包括以下步骤：
8.根据权利要求5所述的基于RA码的电磁波信号传输信道极化编解码方法，其特征在于，所述步骤S22中，对极化子信道进行可靠性度量包括以下步骤：
9.根据权利要求5所述的基于RA码的电磁波信号传输信道极化编解码方法，其特征在于，所述步骤S5中，采用SCL译码算法对序列C′P进行极化码解码处理包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的基于RA码的电磁波信号传输信道极化编解码方法，其特征在于，所述步骤S52中，根据极化子信道的递归特性，路径度量值的确定方法为：
11.根据权利要求1所述的基于RA码的电磁波信号传输信道极化编解码方法，其特征在于，步骤S6中，基于BP迭代译码算法对码组C′R进行RA码解码处理包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.基于ra码的电磁波信号传输信道极化编解码方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于ra码的电磁波信号传输信道极化编解码方法，其特征在于，所述步骤s1中，对目标数据序列c进行ra码编码处理包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的基于ra码的电磁波信号传输信道极化编解码方法，其特征在于，所述步骤s13中，将交织序列b中每一位序列成员输入到合并器进行合并的过程中，合并器的输出表示为：
4.根据权利要求2所述的基于ra码的电磁波信号传输信道极化编解码方法，其特征在于，所述步骤s14中，将合并序列d中每一位序列成员输入到累加器进行累加的过程中，累加器的输出表示为：
5.根据权利要求2所述的基于ra码的电磁波信号传输信道极化编解码方法，其特征在于，所述步骤s2中，对码组cr进行polar码编码处理包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述基于ra码的电磁波信号传输信道极化编解码方法，其特征在于，所述步骤s24中，比特混合重排序矩阵bn的递归关系式表示为其中，n为2的幂次方，b1初始为0和1构成的随机向量；rn表示单位矩阵in经过列变换获得的奇偶序列置换矩阵，记...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩雄，李枝林，庞东晓，许期聪，喻著成，邓虎，补成中，谢祥锋，肖勇军，张庆，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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